JP5129727B2

JP5129727B2 - ボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法

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Publication number: JP5129727B2
Application number: JP2008296531A
Authority: JP
Inventors: 拓俊松本; 啓二井田; 英明村田; 凱張
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: US8786867B2; US20110279828A1; JP2009204604A

Description

本発明は、ボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法にかかわり、特に、ボイラ火炉内に配設された蒸発管の表面形状を非接触式のセンサによって測定し、該測定値に基づいて蒸発管の腐食の程度を評価する検査装置および検査方法に関する。

発電を目的とした陸用ボイラでは、近年の環境問題の深刻化から燃焼排ガス中のＮＯｘを抑制する必要があり、コストが比較的少なくて済む２段燃焼等の燃焼技術面から対策を行う場合が多い。

しかしながら、２段燃焼を行うと、ボイラ火炉内の燃焼雰囲気は還元性が強くなり、蒸発管等ボイラ構成部品の腐食が問題となる。現在、ボイラ火炉蒸発管で問題となっているのは、還元雰囲気に起因した硫化腐食であるが、この腐食は火炉内の広範囲わたって損傷を生じることからその特定には多大な労力と時間を要する。

図１のボイラ模式図に示すように、一般に、ボイラ火炉１は４面の壁面３によって構成され、内部はバーナによって燃焼される。壁面３の内側には複数の蒸発管４が上下方向に伸びて隣接して溶接または接触して配置されている。または壁面３自体が複数の蒸発管４を上下方向に伸びて隣接して溶接されて構成されている。そして、蒸発管４内に水を流すことで水を加熱し、蒸気を生成する。このようなボイラ火炉１は、例えば、高さが７０ｍ、側壁の幅が３０ｍ程度あり、その一側壁面には１００本程度の蒸発管４が設置されている。

そのため、硫化腐食による損傷が進んでいる位置を特定するために、目視検査（目視によって表面に凹凸があるかの検査）、触手検査（素手によって表面の凹凸を検出）、さらに超音波肉厚計によって実施されているが、検査対象とする面積が広く、検査時間と労力がかかること、及び目視検査には検査員の主観が入り、結果にばらつきが多いことが問題となっている。
また、超音波による肉厚計測では、定量性はあるものの、点計測であり、ある定点における肉厚を計測するため、蒸発管の周方向の腐食状態を測定するには適さない。

一方、ボイラ火炉内の蒸発管に対して、非接触な光学的検出装置を用いて表面の摩耗状態を検査する検査装置について特許文献１（特開平９−２５７７１４号公報）に示されている。
該特許文献１には、図１５に示すように、ボイラ内に横置きに設置された伝熱管群は、伝熱管バンク０２と、伝熱管キャビティ部０３とからなり、伝熱管バンク０２と伝熱管キャビティ部０３との間に検査装置０４が設置され、該検査装置０４は本体０５と、本体０５に設けられ伝熱管バンク０２内に挿入されるフレキシブルアーム０６と、該フレキシブルアーム０６の先端に取り付けられた先端固定具０７と、フレキシブルアーム０６に設けられた案内機構０８に沿って上下方向に移動自在な光学的検知センサからなる検査ユニット０９と、を備えている。

そして、伝熱管０１０の外表面を検査する場合には、フレキシブルアーム０６を伝熱管バンク０２内に挿入して、伝熱管バンク０２の下部まで達すると、フレキシブルアーム０６先端の先端固定具０７作動させて先端を固定して、フレキシブルアーム０６に設けられた伝熱管整列機構０１１を空気圧または機械的に膨張させて、伝熱管０１０を左右方向に押し広げて伝熱管列の乱れを整列させる。その後、検査ユニット０９をフレキシブルアーム０６に沿って上下動させて上下移動の課程において検査を実施する。

特開平９−２５７７１４号公報

しかしながら、前記特許文献１に示されている検査装置は、ボイラ内に横置きに設置された伝熱管群が、伝熱管バンク０２と、伝熱管キャビティ部０３とからなるボイラ火炉内の伝熱管０１０における検査装置であり、蒸発管がボイラ内壁面に沿って縦方向に隣接されて配設される構造には適用できない。
さらに、特許文献１には、検査ユニット０９が伝熱管０１０に対して非接触で肉厚測定できることが示されているにとどまり、具体的な伝熱管の肉厚算出手法、さらに減肉量の算出について示されていない。

そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置される複数の蒸発管の減肉状態を、レーザ変位センサによって測定した蒸発管の表面形状に基づいて、精度良く、効率的に、広い範囲にわたって検査できるボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するため、第１の発明は、ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置において、前記蒸発管の表面にマグネットによって立設固定される脚部と、該脚部に固定されて前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサを支持する支持枠と、該支持枠に対して前記変位センサを蒸発管の軸方向に移動せしめる移動機構と、前記変位センサからの信号を基に蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分から蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価する減肉評価手段とを備え、前記減肉評価手段には、表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状とを重ね合わせる際の基準位置を算出する基準位置算出部を備え、前記基準位置算出部は、前記測定結果の表面形状の曲線を１階微分して傾きを算出し、該傾きに基づいて前記基準位置を求めることを特徴する。

かかる発明によれば、前記蒸発管の表面にマグネットによって立設固定される脚部と、該脚部に固定されて前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサを支持する支持枠と、該支持枠に対して前記変位センサを蒸発管の軸方向に移動せしめる移動機構とを備えて、変位センサが取り付けられたセンサヘッドを搭載したスキャン装置を構成できる。
そして、炉壁の蒸発管にマグネットによって固定されるため、固定を確実にすることができる。さらに、計測が必要な位置への移動が容易となるため、計測が必要な個所を効率的に計測できる。

また、前記変位センサからの信号を基に蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分から蒸発管の減肉量を算出するため、蒸発管の減肉量、さらに残管肉厚の算出が可能となり、その減肉量および残管肉厚によって蒸発管の腐食状態を評価することで蒸発管の保守点検が効率的になる。
また、基準位置算出手段によって、表面形状の基準位置を算出して、該基準位置を基に表面形状の測定結果と設計基準形状とを重ね合わせるため、差分を精度よく算出できその結果減肉量を精度良く算出できる。

また、第１の発明において好ましくは、前記支持枠は複数本の前記脚部によって支持され、支持枠は脚部の立設方向およびその立設方向に直角方向に移動可能に前記脚部に取り付けられて前記変位センサの蒸発管に対する位置を調整可能にする調整機構を備えているとよい。

かかる構成によれば、調整機構によって、変位センサの蒸発管に対する位置が脚部の立設方向および該立設方向に直角方向に調整可能になるため、蒸発管に対する距離を一定に調整して変位センサの傾きを最小限に抑えることによって、蒸発管の断面形状の測定誤差を小さくして測定精度を向上できる。

また、前記減肉評価手段には、前記重ね合わせる際に前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび上下左右位置を補正する補正部を備えるとよい。
かかる構成によれば、変位センサから得られる表面形状は、計測時の変位センサの振動、さらに初期の設置状態での傾きによって、測定結果として表面形状が傾いたり、上下に移動する場合があるが、前記基準位置を測定結果のデータから算出して、該基準位置を減肉の無い基準形状の基準位置に相当する位置に合致するように、蒸発管の周方向の傾き、および上下位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。
また、初期の設置状態によって左右に移動して変位センサが蒸発管に対して平行に走らなかった場合でも、同様にして蒸発管の左右位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。さらに、平行でなくても計測誤差を低減できるため、設置の時間が大幅に短縮される。

また、前記基準位置は隣接する蒸発管を連結するために径方向に突設されるフィンの位置であるとよく、かかる構成によれば、フィンは、ボイラ火炉内に面する蒸発管の周面部に比べて腐食の程度が少ない場合、該位置を基準位置とすることができる。
なお、蒸発管の減肉量が軽微の場合には測定結果と減肉の無い基準形状の重ね合わせによる差分の算出誤差は少なく検査誤差は少ないが、減肉量が大きくなるとフィンも減肉するため、減肉量が大きくなった場合にはフィンの肉厚を測定してフィンの表面位置も補正する必要がある。

また、フィンによって連結されない構造の蒸発管の場合には、前記基準位置は隣接する蒸発管の接触または最近接位置であるとよく、接触位置や、近接位置は、ボイラ火炉内に面する蒸発管の周面部に比べて腐食の程度が少ないため、該位置を基準位置とすることができる。

また、前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサと蒸発管の間に、該蒸発管の表面へ照射するレーザの焦点距離を短くする焦点距離短縮手段を備えるとよい。
従来の変位センサが取り付けられたセンサヘッドは、スリット幅と焦点距離が決まっており、足場レベルの検査を行うにはスリット幅が狭い焦点距離が短いものを用い、スキャン回数を増やしていたが、上述したかかる構成によれば、スキャン装置が設置されるボイラ火炉の足場との距離が短い蒸発管へ照射する場合でも、焦点距離を短くすることで管１本分をレーザにてスキャン可能なため、スキャン回数が減り検査効率が向上する。

次に、第２の発明は、ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置された蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法において、前記蒸発管の表面にレーザを照射する変位センサからの信号を基に蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果の曲線を１階微分して傾きを算出し、該傾きに基づいて基準位置を求め、表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分を、表面形状の基準位置を基準として重ね合わせて算出し、該差分から蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価することを特徴とする。

かかる発明によれば、変位センサからの信号を基に蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分を、表面形状の基準位置を基準として重ね合わせて算出して蒸発管の減肉量を算出するため、蒸発管の減肉量、さらに残管肉厚の算出が可能となり、その減肉量および残管肉厚によって蒸発管の腐食状態を評価することで蒸発管の保守点検が効率的になる。

また、第２の発明において好ましくは、前記重ね合わせる際に、前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび上下左右位置を補正して重ね合わせるとよい。
すなわち、測定結果のデータから基準位置を算出して、該基準位置を減肉の無い基準形状の基準位置に相当する位置に合致するように、蒸発管の周方向の傾き、および上下左右位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。

また、第２の発明において好ましくは、前記算出された減肉量を設計肉厚から減算して残管肉厚を求め、該残管肉厚が設計要求肉厚を満たすか否かによって蒸発管の残管肉厚を評価するとよく、かかる構成によれば、蒸発管の残管肉厚が危険な範囲にあるか否かを、予め設定された設計要求肉厚を基に判断することで、効率的な保守点検が可能になる。

本発明によれば、ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置される複数の蒸発管の減肉状態を、レーザ変位センサによって測定した蒸発管の表面形状に基づいて、精度良く、効率的に、広い範囲にわたって検査できるボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法を提供できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１にボイラ模式図を示す。ボイラ火炉１は４面の壁面３によって構成され、内部はバーナによって燃焼される。壁面３の内側には複数の蒸発管４が上下方向に伸びて隣接して溶接または接触して配置されている。または壁面３自体が複数の蒸発管４を上下方向に伸びて隣接して溶接されて構成されている。そして、蒸発管４内に水を流すことで水を加熱し、蒸気を生成する。なお、蒸発管４には、管通路は直線状のスムース管または直線状の管通路に渦巻き溝が形成されたライフル管の２パターンがある。

蒸発管４の詳細構造を図２、図３に示す。図２は複数の蒸発管４を、それぞれフィン８を介して隣接接合する構造を示し、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図を図２（ｂ）に示す。
フィン８は、蒸発管４の軸方向に沿って延びる板状部材であり、両側端が蒸発管４に該蒸発管４の直径方向位置で溶接金属１０によって溶接され、複数の蒸発管４が整列された状態でボイラ火炉１の壁面３を形成するように構成されている。
また、図３は蒸発管４の他の例であり、複数の蒸発管４は、上下端部が固定されたバラ管で隣の蒸発管４とは直径方向位置で接触するように配設され、ボイラ火炉１の壁面３の内壁に沿って設置される。

以上のように構成された蒸発管４に対して、炉内の硫化腐食による減肉状態を検査する検査装置１１について説明する。
この検査装置１１は、蒸発管４の表面形状を非接触式で測定するためのレーザ変位センサ１２を支持するとともに、該レーザ変位センサ１２を蒸発管４の軸方向に移動させるスキャン装置１４と、レーザ変位センサ１２からの測定信号を処理して減肉量、残管肉厚を算出して腐食状態を判定する信号処理装置１６とからなっている。

スキャン装置１４は、図４に示すように、蒸発管４の表面に軽量マグネット（マグネット）１８が下端部に取り付けられた支柱（脚部）２０が４本立設固定される。蒸発管４の円形表面に沿うように円弧に形成された座面２２が蒸発管４との接合面に形成されている。支柱２０は蒸発管４の軸方向に２個所、他の蒸発管４の軸方向に２個所固定されて４角形の角部に位置するように固定される。
そして、一方の蒸発管４の支柱２０と、他方の蒸発管４の支柱２０とを繋ぐように梁２４、２４を架設し、該梁２４、２４にレール２６の両端部が取り付けられている。この梁２４、２４およびレール２６によって、レーザ変位センサ１２を支持する支持枠２８を形成している。

さらに、梁２４は支柱２０に対して上下位置を調整可能なようにねじ機構によって構成され、上下調整つまみ部２９を回動することでスリット３０形成範囲内を上下方向（矢印ａ方向）に可動可能になっている。また、レール２６の端部も梁２４に対してねじ機構によって梁２４の軸方向に移動可能に構成され、左右調整つまみ部３１を回動することで左右方向（矢印ｂ方向）に可動可能になっている。

レール２６にはセンサヘッド３２がレール２６に沿って移動可能に取り付けられ、該センサヘッド３２には駆動用のモータ３３、該モータ３３の回転角度からセンサヘッド３２の移動距離信号を出力するエンコーダ３６、さらに、蒸発管４の表面に向けてレーザを照射して変位を計測するレーザ変位センサ１２が取り付けられている。モータ３３およびレール２６によってレーザ変位センサ１２の移動機構３４を構成している。

レーザ変位センサ１２は、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにスリット状のレーザ光３５を蒸発管４の径方向に線状に照射して、反射光を計測して蒸発管４までの距離を測定する２次元のレーザ変位センサ１２によって構成されており、蒸発管４の径方向の外表面形状を計測する。
なお、図５（ａ）は、フィン８によって蒸発管４が接続されている場合のレーザスリットの照射状態を示し、図５（ｂ）は、蒸発管４がフィンによって接続されずにバラ管で隣の蒸発管４とは接触して配設される場合のレーザスリットの照射状態を示す。

また、ボイラ火炉検査においては、通常火炉内に設置される足場上で検査を行うが、足場と蒸発管４の表面との間隔は１５０〜３００ｍｍ程度である。よって、足場に近い場所の検査を行うには、焦点距離を短くする必要がある。
そこで、図６（ａ）（ｂ）に示すようにレーザ光３５の焦点距離を短くする焦点距離短縮手段を用いる。焦点距離短縮手段として、図６（ａ）ではプリズム４１を備え、センサヘッド３２を内在するレーザ変位センサで生成されるレーザ光３５をプリズム４１内に通過させて焦点距離を短くする。

また、図６（ｂ）ではミラー４３を備え、レーザ変位センサで生成されるレーザ光３５をミラー４３で屈折させて焦点距離を短くする。
従来の変位センサが取り付けられたセンサヘッドは、スリット幅と焦点距離が決まっており、足場レベルの検査を行うにはスリット幅が狭い焦点距離が短いものを用い、スリット幅が狭いことからスキャン回数を増やして対応していた。しかし、図６（ａ）（ｂ）に示す焦点距離短縮手段を用いることにより、足場との距離が短い蒸発管４へ照射する場合でも、管１本分をレーザにてスキャン可能なため、スキャン回数が減り検査効率が向上する。

以上のように構成されたスキャン装置１４は、蒸発管４の腐食が激しい個所、または定期点検の検査個所に軽量マグネット１８によって４本の支柱２０を固定し、センサヘッド３２を検査範囲に取り付ける。その後、検査対象の蒸発管４の表面からレーザ変位センサ１２までの距離が一定になるように、前記上下調整つまみ部２９、および左右調整つまみ部３０を回動して調整する。
そして、モータ３３によって、蒸発管４の軸方向に沿ってレーザを照射しながらレーザ変位センサ１２をスキャンして、センサヘッド３２のストローク範囲内（例えば３００〜５００ｍｍの範囲）の表面形状データを測定する。この際にエンコーダ３６によって一定の移動距離（例えば１〜２ｍｍ）毎４２に表面形状データを取得可能になっている。

また、スキャン装置１４は蒸発管４にマグネットによって固定されるため、固定を確実にすることができ、さらに、計測が必要な位置への移動が容易となり、計測が必要な個所を効率的に広範囲に計測できるようになる。

次に、レーザ変位センサ１２からの測定信号を処理して減肉量、残管肉厚を算出して腐食状態を判定する信号処理装置１６について説明する。
この信号処理装置１６の全体構成を、図７に示す。レーザ変位センサ１２からの変位計測データと、エンコーダ３６からの位置情報とが、コントローラ４０に入力され、一定距離（例えば１〜２ｍｍ）毎の変位計測データを距離情報とともにＰＣ（検査作業者のパソコン）４２内にメモリするとともに、画面上に表示する。

ＰＣ４２内にメモリされた変位計測データは、減肉評価手段４４に入力される。この減肉評価手段４４には、減肉量を算出する際の基準位置を変位計測データから算出する基準位置算出部４６と、変位計測データによる表面形状の傾きと上下左右のずれを補正する補正部４８と、変位計測データからの表面形状と設計基準形状とを重ね合わせて差分から減肉量を算出する減肉量算出部５０と、設計データを基に残管肉厚を算出する残管肉厚算出部５２と、前記減肉量算出部５０、残管肉厚算出部５２から算出された結果を評価してその結果を表示出力する表示部５４とを有している。

さらに、減肉評価手段４４には、プラント情報データベース５６から、プラント・検査部位情報が入力され、例えば、検査対象プラント名、検査対象部位名、設計データ（管の設計外径、設計要求肉厚、材料等）、過去の検査履歴、類似プラントデータ等が入力される。

減肉評価手段４４における評価手法について、図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１でスタートすると、ステップＳ２で位置情報に関連づけられた変位データを取得する。変位データは図９に示すように火炉幅方向距離を横軸にとり、センサヘッド３２の位置からの変位として蒸発管４の表面形状データＤが取得される。
そして、ステップＳ３で、基準位置算出部４６によって前記取得された表面形状から蒸発管４の部分、溶接金属１０の部分、フィン８の部分の認識を行う。

具体的には、図１０（ａ）に示すように、横軸に火炉幅方向距離を、縦軸に山形の表面形状の高さをとると、（１）、（６）がフィン８の部分に相当し、（２）、（５）が溶接金属１０の部分に相当し、（３）〜（４）が蒸発管４の部分に相当する。
これらの位置を計測データから求めるには、山形の表面形状の曲線を１階微分して傾きを算出して求めることができる。

図１０（ｂ）がその１階微分データを示し、（１）、（６）のフィン８の部分ではフラットで傾きは略ゼロになり、また（２）、（５）の溶接金属１０の部分でも溶接金属１０が盛られるためフラットな傾きになる。
さらに、傾きのピーク値はプラス側、マイナス側それぞれに２個所現れ、横軸方向で最初のピーク値の位置はフィン８から溶接金属１０への変化部であり、２度目のピーク値位置（３）は、溶接金属１０から蒸発管４への変化部であり、この位置（３）を溶接金属１０と蒸発管４との境界位置Ｐとして判定でき、（３）〜（４）が蒸発管４の表面部分であると分かる。

以上のようにしてフィン８の位置（１）、（６）、溶接金属１０と蒸発管４との境界位置（３）、（４）を求めて、後述する減肉量算出時の重ね合わせの基準位置として用いる。
また、計測データから求められた山形の表面形状の曲線を１階微分して傾きを算出して、変曲点を利用して、フィン８の位置、溶接金属１０と蒸発管４との境界位置Ｐを求めることができるため、基準位置の算出が確実になり減肉量の算出精度が向上する。

つぎに、ステップＳ４で湾曲による補正をし、ステップＳ５に進み、補正部４８によって、計測データから求められた表面形状のフィン８の位置（１）と（６）の高さ、または境界位置（３）と（４）の高さが左右で一致しない場合には、図１１（ｂ）に示すように蒸発管４の周方向にθ回転して水平方向に一致させる補正をする。
さらに、計測データから求めたフィンの位置（１）、（６）、または境界位置（３）（４）の位置が、設計データ等の減肉の無い基準形状のフィン位置または境界位置とずれている場合には、図１１（ａ）に示すように上下方向にＨ移動して一致させる補正をする。なお図１１（ａ）、（ｂ）において点線が補正前、実線が補正後の形状位置を示す。

また、レーザ光を蒸発管４（図４参照）の径方向に線状に照射して得られる表面形状データＤが初期の設置状態によってレーザ変位センサが蒸発管４に対して平行に走らずに角度θ’分だけ左右方向にずれが生じた場合には、図１２に示すように溶接金属とフィンとの境界位置（若しくは管と溶接部の境界位置）を手動あるいは自動で検出し、表面形状データＤの１番目のデータと、最後のデータとのずれｘを計算し、取得したデータを左右方向にｘ移動して理想円と一致させる補正をする。なお、ずれｘ_ｉは、ｘ_ｉ＝ｎ_ｉ×ｄ×ｔａｎθ’によって計算される。

レーザ変位センサ１２から得られる表面形状は、計測時の振動でレーザ変位センサ１２が上下振動したり、さらに初期の設置状態での傾きによって、測定結果として表面形状が傾いたり、上下に移動する場合があるが、フィン８の位置または境界位置Ｐを基準にして減肉の無い基準形状のフィン位置に合致するように、蒸発管４の周方向の傾き、および上下位置関係を補正することで、後述する重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。
また、初期の設置状態によって左右に移動してレーザ変位センサ１２が蒸発管４に対して平行に走らなかった場合でも、同様にして蒸発管４の左右位置関係を補正することで、重ね合わせを精度良く行え、計測誤差を低減できる。さらに、平行でなくても計測誤差を低減できるため、設置の時間が大幅に短縮される。

なお、上述した補正は蒸発管４に曲がりがないことを前提としているが、実機のボイラ火炉１内の蒸発管４は運転中に発生する熱応力により蒸発管４が湾曲している場合がある。そこで、図１３によりこの湾曲に対する誤差の補正について説明する。
蒸発管４が図１３（ａ）のように湾曲した湾曲管４５は、その湾曲した凹部と、起点と終点を結ぶ基準高さとのあいだに隙間があるため、評価される減肉量は大きな誤差を含んだものになる。よって、湾曲した凹部を起点と終点を結ぶ基準高さまでかさ上げする補正を行う。

基準高さと湾曲管頂点の距離（差分）の分だけ、基準高さまでかさ上げした場合、頂点部が減肉していれば誤差が大きくなる。
そのため、湾曲した凹部を起点と終点を結ぶ基準高さまでかさ上げする補正をするためには、近似曲線が必要である。まず、図１３（ｂ）のように、湾曲管４５の管頂部のデータを得る。管頂部のデータは、レーザ変位センサによって得られる表面形状データから溶接金属とフィンとの境界位置、詳しくは図１０（ａ）の溶接金属とフィンとの境界位置（３）（４）の中点から得ることができる。この管頂部データを管断面で複数取得し、最小２乗法による近似を行う。ここでは、例として近似関数が２次関数の場合を説明する。

２次関数である

と、各管頂部データの距離の２乗の和Ｒ^２を
算出する。ここでは、ｎ＝３とする。

Ｒ^２が最小となるのは以下の条件のときである。

上記条件を満足するａを得ることにより近似式を得ることができ、図１３（ａ）のように近似曲線を引くことができる。なお、上記手法は近似の一例であり、他次数の関数など他の手法もありうる。

このようにして、基準高さと近似曲線との差分を加算あるいは減算することにより、得られるデータは湾曲がないものとなる。よって、蒸発管４が湾曲している場合も基準高さまでかさ上げする補正を行うことにより蒸発管４の湾曲に対する減肉量評価の誤差を小さくすることができる。
なお、本実施形態では蒸発管はフィンと溶接されているため、左右方向への変形は小さく、前後方向の変形を考えれば良い。

次に、ステップＳ６において、プラント情報データベース５６から蒸発管４の設計基準形状や過去の検査履歴データを入手し、ステップＳ７で、ステップＳ４とステップＳ５で補正した表面形状の計測データと、減肉無しの前記設計基準データとの重ね合わせ、または過去の検査履歴の減肉無し状態における計測データとの重ね合わせ、または境界位置（３）、（４）間を直径とする理想円との重ね合わせを行う。
この重ね合わせの際には、フィン８の表面位置（１）、（６）、または溶接金属１０と蒸発管４との境界位置（３）、（４）を基準にして行う。

フィン付き構造の蒸発管４の場合の重ね合わせた状態を図１４（ａ）に、フィン無し構造の蒸発管４の場合の重ね合わせた状態を図１４（ｂ）に示す。
フィンなし構造の蒸発管４の場合には、計測データから最外位置間を直径とする理想円を描き、該理想円を重ね合わせて比較する。

なお、フィン８は、ボイラ火炉１内に面する蒸発管４の周面部に比べて腐食の程度が少ないため、基準位置とするのに適する。しかし、蒸発管４の減肉量が軽微の場合には測定結果と減肉の無い基準形状の重ね合わせによる差分の算出誤差は少なく検査誤差は少ないが、減肉量が大きくなるとフィン８も減肉するため、減肉量が大きくなった場合にはフィン８の肉厚を超音波肉厚計測装置によって測定してフィン８の表面位置も補正する必要がある。
また、管頂部１個所を超音波肉厚計測装置によって測定し、減肉量を算出後、その値を上下方向の補正値として使用することもできる。

また、蒸発管４がフィン８によって連結されないバラ管の場合には、図１４（ｂ）に示すように、計測データによる表面形状の両端部分、すなわち隣接する蒸発管４との接触または最近接位置を基準位置とするのは、かかる位置は燃焼ガスに晒されにくく腐食の程度が少ないとともに、表面形状の両端部の距離を直径とする理想円を描くことでき減肉量の算出が容易となるからである。

次に、ステップＳ８に進み、ステップＳ７によって重ね合わせた計測データの表面形状と、減肉無しのデータとを比較して、減肉無しのデータの円中心から輪郭位置までの距離（半径）から計測データによる輪郭形状を引いた距離ｍ（図１４（ａ）参照）を算出する。そして、ステップＳ９でこの距離ｍを減肉量ｍとして求める。

次に、ステップＳ１０に進んで、減肉基準値と比較して減肉状態をステップＳ１１でアウトプットする。
この減肉基準値は、プラント情報データベース５６に蓄積されている蒸発管４の設計肉厚（減肉無しの肉厚Ｔ１）と、設計要求肉厚（設計上要求される肉厚Ｔ２）とに基づいて設定（Ｔ１−Ｔ２）されており、該減肉基準値に達している場合には表示部５４によって計測結果を画面表示する際に計測個所を赤色として表示する等の色分け表示を行うようにして作業者、プラント管理者に注意を促す。

次に、ステップＳ１２で、プラント情報データベースに蓄積されている蒸発管４の前記設計要求肉厚（設計上要求される肉厚Ｔ２）および設計肉厚（減肉無しの肉厚Ｔ１）の情報を入手して、ステップＳ１３では、ステップＳ９で求めた減肉量ｍを設計肉厚（減肉無しの肉厚Ｔ１）から減算して残管肉厚ｎを算出する。

そして、ステップＳ１４で前記残管肉厚ｎを、基準値としての設計要求肉厚（設計上要求される肉厚Ｔ２）と比較して、残管肉厚状態をステップＳ１５でアウトプットするとともにステップＳ１６に進んで終了する。
このステップＳ１５のアウトプットも前記ステップＳ１１と同様に設計要求肉厚に達している場合には表示部５４によって計測結果を画面表示する際に計測個所を赤色として表示する等の色分け表示を行う。

減肉量ｍを設計肉厚Ｔ１から減算して残管肉厚ｎを求め、該残管肉厚ｎが設計要求肉厚Ｔ２を満たすか否かによって蒸発管４の腐食状態を評価するため、確実で効率的な保守点検が可能になる。
また、実際の蒸発管４においては製造誤差を加味して内径側に設計肉厚より２〜３％の余肉をもって製造されているため、設計要求肉厚Ｔ２を基準に判定しても、余裕をもった腐食の危険状態の判断ができる。

本発明によれば、ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置された複数の蒸発管の減肉状態を、レーザ変位センサによって測定した蒸発管の表面形状に基づいて、精度良く、効率的に、広い範囲にわたって検査できるので、ボイラ火炉蒸発管の検査装置への適用に際して有益である。

ボイラ火炉を示す模式図である。蒸発管の整列状態の詳細構造を示し、（ａ）は全体正面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。蒸発管の整列状態の他の詳細構造を示し、（ａ）は全体正面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。本発明の全体構成を示す説明図である。レーザ変位センサからのレーザスリットの照射状態を示す説明図であり、（ａ）はフィンによって接続された蒸発管への照射を示し、（ｂ）はフィンによって接続されないバラ管の場合の照射を示す。レーザ変位センサからのレーザスリットの照射状態を示す説明図であり、（ａ）はプリズムを通過させた場合の照射を示し、（ｂ）はミラーで屈折させた場合の照射を示す。信号処理装置の全体構成を示す説明図である。減肉評価手段における評価手法についてのフローチャートである。レーザ変位センサによる表面形状の説明図である。表面形状から蒸発管の部分、溶接金属の部分、フィンの部分を示す説明図であり、（ａ）は表面形状曲線を示し、（ｂ）は（ａ）の曲線の１階微分の特性を示す。表面形状曲線の補正状態を示す説明図であり、（ａ）は上下方向の補正を示し、（ｂ）は傾きの補正を示す。表面形状曲線の左右方向の補正状態を示す説明図である。蒸発管の湾曲状態での補正を示す説明図であり、（ａ）は湾曲管に引いた近似曲線を示し、（ｂ）は管頂部データを示す。減肉量の算出、残管肉厚の算出を示す説明図である。従来技術を示す説明図である。

符号の説明

１ボイラ火炉
４蒸発管
８フィン
１１検査装置
１４スキャン装置
１２レーザ変位センサ
１６信号処理装置
１８軽量マグネット（マグネット）
２０支柱（脚部）
２８支持枠
２９上下調整つまみ部（調整機構）
３１左右調整つまみ部（調整機構）
３２センサヘッド
３３モータ
３４移動機構
４４減肉評価手段
４６基準位置算出部
４８補正部
５０減肉量算出部
５２残管肉厚算出部
５４表示部
５６プラント情報データベース

Claims

ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置において、
前記蒸発管の表面にマグネットによって立設固定される脚部と、該脚部に固定されて前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサを支持する支持枠と、該支持枠に対して前記変位センサを蒸発管の軸方向に移動せしめる移動機構と、前記変位センサからの信号を基に蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分から蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価する減肉評価手段とを備え、
前記減肉評価手段には、表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状とを重ね合わせる際の基準位置を算出する基準位置算出部を備え、
前記基準位置算出部は、前記測定結果の表面形状の曲線を１階微分して傾きを算出し、該傾きに基づいて前記基準位置を求める
ことを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査装置。
前記支持枠は複数本の前記脚部によって支持され、支持枠は脚部の立設方向およびその立設方向に直角方向に移動可能に前記脚部に取り付けられて前記変位センサの蒸発管に対する位置を調整可能にする調整機構を備えていることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
前記減肉評価手段には、前記重ね合わせる際に前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび上下左右位置を補正する補正部を備えたことを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
前記基準位置は隣接する蒸発管を連結するために径方向に突設されるフィンの位置であることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
前記基準位置は隣接する蒸発管の接触または最近接位置であることを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
前記蒸発管の表面へ照射するレーザを生成する変位センサと蒸発管の間に、該蒸発管の表面へ照射するレーザの焦点距離を短くする焦点距離短縮手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
ボイラ火炉の内壁面に沿って上下方向に伸びて隣接配置された蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法において、
前記蒸発管の表面にレーザを照射する変位センサからの信号を基に蒸発管の断面の表面形状を測定し、該表面形状の測定結果の曲線を１階微分して傾きを算出し、該傾きに基づいて基準位置を求め、前記表面形状の測定結果と減肉の無い基準形状との差分を、表面形状の基準位置を基準として重ね合わせて算出し、該差分から蒸発管の減肉量を算出して減肉状態を評価することを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査方法。
前記重ね合わせる際に、前記変位センサからの信号による表面形状の傾きおよび上下左右位置を補正して重ね合わせることを特徴とする請求項７記載のボイラ火炉蒸発管の検査方法。
前記算出された減肉量を設計肉厚から減算して残管肉厚を求め、該残管肉厚が設計要求肉厚を満たすか否かによって残管肉厚を評価することを特徴とする請求項８記載のボイラ火炉蒸発管の検査方法。